鍋爐中水垢的危害分析及其預防措施研究

朱國苗

摘 要：鍋爐是廣泛使用的特種設備，鍋爐用水水質的好壞，對其安全運行及能源消耗有很大的影響。文章結合筆者多年工作的實踐經驗，對目前鍋爐使用中水垢的危害進行了探析，并就其預防措施進行了探討。

關鍵詞：鍋爐；水垢；危害；防治

作為特殊的設備，鍋爐的安全運行受水質較大的影響，且關乎能源消耗問題。若用水與規定要求不符，則水垢將在鍋爐受熱處生成，是燃料的大大浪費與運行安全的嚴重隱患。當前，紹興有6000余臺鍋爐，由于結生水垢，燃料浪費驚人。不僅如此，根據資料我國鍋爐因水質不良，水垢嚴重引起的事故超過事故總數的20%，并造成幾億元的經濟損失。

1 水垢的產生與性質

形成水垢的物理化學過程非常的復雜，分為內因與外因。首先，因為水中存在鎂離子、鈣離子與另外的重金屬離子，這些離子是水垢產生的內在動力或稱根本原因。其次，爐水因為過度飽和而將固態物質析出沉淀，同時在受熱金屬面將其粘貼，這為水垢產生的外在原因。詳見以下具體介紹：

1.1 濃縮蒸發：因為爐內存在受熱面不均衡原因，各面蒸發強度也就存在不同，這使得爐內局部的爐水具有較高的濃縮程度。為此，鎂離子、鈣離子與其他陰離子結合，這樣，其溶度積大于相應沉淀物，沉淀物被析出。

1.2 高溫沉淀：通常情況，溫度的升高會提高物質的溶解度，此類物質的溫度系數為正。但也存在升高溫度，物質溶解度卻降低的情況，此類物質溫度系數為負。

1.3 高溫分解：比如，加熱鎂與鈣的碳酸鹽，則會出現熱分解反應，出現沉淀物析出，因水中溶解碳酸鎂，水解過后，生成的氫氧化鎂沉淀的溶解度將更小。

1.4 表面結晶：爐水中某些難容物質的離子濃度非常大，常常大于其溶度積，為過飽和的溶液狀態，并未出現沉淀。但是，若鍋爐內壁金屬表面或爐水存在一些誘因，比如，金屬表面條件的不同、物理化學作用的發生、形成結晶核心等，沉淀物則會大量的析出。

爐水在加熱過程中逐漸蒸發，沉淀物則不斷濃縮，在濃度一定時，那么析出物則演變為固定沉淀析出，在水冷管、爐筒的內壁等加熱面附著，時間一長，逐漸出現“膜”狀，不利于熱量傳輸，水垢也就是該層“膜”。構成水垢的化學成分相當的復雜，并非單一化合物，而多種化學成分的組合。比如，以水垢化學成分劃分，有含油水垢、碳酸鹽水垢、混合水垢、硫酸鹽水垢、泥垢、氧化鐵水垢等。

2 鍋爐運行受水垢的影響

水垢具有非常差的導熱性，結生在鍋爐內部鋼材上，阻礙了熱量的傳導，浪費著能源。在常見水垢類型中，硅酸鹽型水垢是最為堅硬水垢，其導熱性非常的差，在鍋爐上最強受熱面的蒸發部位是其附著的常見處，其危害性較大。通常，水垢對鍋爐的危害有幾點：

2.1 鍋爐熱效率的降低與燃料的大量浪費。熱效率與鍋爐里水垢的厚度有關，結生水垢厚，則熱效率差，也就造成更多燃料浪費。根據實驗數據顯示，若存在1.5mm的結生水垢，則會造成6%的能源增加消耗；若達5mm，則造成15%的能源增加消耗；若達8mm，則造成34%的能源增加消耗。當前，我國鍋爐數量超過40萬臺，即使少數鍋爐或多或少結生水垢，那么燃料的浪費難以估算。

2.2 導致金屬積熱，降低強度，存在安全隱患。碳素鋼是鍋爐底的鋼材料，通常燃燒使用中，金屬壁溫應不超過450℃。當鍋爐運行正常時，其金屬壁溫通常不超過280℃。若鍋爐底無結生垢，那么水將會快速接收到金屬的熱傳遞，二者溫差大概在30℃。但是，若受熱面存在水垢結生，則情況大有不同。比如，若鍋爐受熱面存在1.25Mpa的工作壓力，且混合水垢為1mm，那么爐水溫度與金屬壁溫度差可達200℃，但此溫度尚在允許的金屬壁溫內。但若為3mm水垢時，金屬壁溫度快速達到580℃，金屬壁溫允許值早已被超越。所以，鋼材抗拉強度會快速降低，由3.92Mpa降低為0.98Mpa，同時因內壓作用，鍋爐元件出現變形、鼓皰、泄露，嚴重的會發生爆炸。

2.3 擾亂水循環。強迫與自然水循環為鍋爐水循環的兩種方式。但不管何種水循環形式的存在，都在嚴格設計計算后生產的，流通截面積有足夠的保證。但是，水垢結生于爐管內壁，那么水垢則占據了水的應用容量，流通截面積被縮減，流動阻力被增加，對正常水循環造成一定程度破壞，無形中增加了向火面金屬壁的溫度。若管路被水垢堵死，水循環則終止，爐內因無冷交換，金屬壁出現溫度聚集，時間一長，管路因過燒發生爆炸。管壁內均勻布置著水冷壁管，對輻射熱進行吸收。水果如果結生在離聯箱400mm上下的高溫火面區，那么泄露、彎曲、鼓皰、爆炸事故將發生。

2.4 檢修量增加，資金大量浪費。當鍋爐結垢，是必須馬上清除的，否則將會危害到鍋爐的運行安全。通常以化學劑清理水垢，比如堿、酸等。結生水垢厚度越大，藥劑用量則越多，資金也就相應的增加。所以，不管是購買材料維修或是化學除垢，財力、物力、人力都是不少的花費。

2.5 縮短鍋爐的使用期限。在正常條件下使用鍋爐，可以連續使用20左右。但為何使用單位并沒有創造鍋爐使用奇跡呢？其中影響因素自然非常的多。但最重要的要數水垢的影響了。當鍋爐因水垢出現了鼓皰，在挖補修復之后，要在降壓條件下使用，保證運行安全。但是，某些單位對蒸汽壓力有非常高的要求，修補使用不現實，必須購買新的鍋爐。酸洗過于頻繁或者酸洗方法錯誤也會縮短鍋爐的使用期限。此外，因鹵素因子的存在，鍋爐加熱后，會腐蝕鐵，降低金屬內壁剛度，同時抑制延伸到金屬壁深處，出現完全的金屬壁腐蝕。

3 預防、處理水垢

3.1 處理結生后的水垢并不是保障鍋爐安全運行的有效方式，而應該做好預防措施，防患于未然。處理鍋外水，各種鍋爐皆可使用這種辦法。當前，石灰加純堿軟化法在處理鍋外水時效果非常可靠，也就是適量的將純堿與生石灰加入到已經澄清的水里實現軟化目的。另外，也有離子交換軟化法，原理是鈉離子交換器中交換樹脂有軟化作用。交換樹脂有很強的吸附能力，可將鎂離子、鈣離子都游離離子吸附，實現鍋爐水有合格的硬度標準。離子交換水處理法可因預處理水的特性做選擇，由此實現各種水質均可在爐中無垢加熱要求。

3.2 處理鍋內水。該法即將化學藥品加入鍋爐中，鎂鹽、鈣鹽與鍋爐中結生垢發生化學反應，得到疏松沉渣，隨后以排污法排走爐內沉渣，實現爐內結垢的減少或防止。小型低壓火管鍋爐更加適用于爐內加藥法。在加藥時，要將藥品配置為溶液后再倒入鍋內。蒸汽鍋爐適用連續加藥法，因為這可確保藥液在爐內的均勻。凡是在國內進行加藥處理的，要做好爐內污水排放，保證泥垢、泥渣等快速排出，確保處理效果性。

3.3 其他新型的水處理方法。反滲透技術： 因為水中的雜質一般都比水分子大，因此選擇一張正確的半透膜與適當的壓力（半透膜上有眾多的孔，這些孔的大小與水分子的大小相當）便能將雜質和水相分離。

超聲波防垢法：任何物質都有自己固有的頻率，水垢反無機鹽類，各類換熱器設備都是金屬材料，水垢和鋼材振動頻率不同，超聲波振蕩器釋放的振蕩信號對于附著在鋼材壁上的水垢產生共振，即擊碎剝離，由表及里，循環進行，從而達到除垢效果。同時根據水分子運動特，控制正負離子與酸根結合，防止水垢產生。

綜上所述，在實際使用過程中，為保證鍋爐安全正常運行，排出結垢現象，則要做好水垢的預防處理，以減少能源的浪費，資金的過大投入與延長鍋爐使用期限。